正規分布の再生性

定義:reproductive property

正規分布再生性とは,独立な正規分布に従う確率変数の和もまた正規分布に従うという性質のことをいう.

すなわち,$X \sim N(\mu_1, \sigma_1^2)$ と $Y \sim N(\mu_2, \sigma_2^2)$ が独立であるとき, $Z = X + Y$ は \[N(\mu_1 + \mu_2, \sigma_1^2 + \sigma_2^2)\]に従う.

$N(\mu, \sigma^2)$ のモーメント母関数は,\[M_X(t) = e^{\mu t + \frac{1}{2}\sigma^2t^2}\]ここで,$X \sim N(\mu_1, \sigma_1^2)$ と $Y \sim N(\mu_2, \sigma_2^2)$ の和を考えると,\[M_{X+Y}(t) = M_X(t) \cdot M_Y(t) = e^{(\mu_1+\mu_2)t + \frac{1}{2}(\sigma_1^2+\sigma_2^2)t^2}\]となる.

これは,$N(\mu_1+\mu_2, \sigma_1^2+\sigma_2^2)$ のモーメント母関数と同じ形であり,ここに正規分布の再生性が示された.

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